我们都知道我们现在用的交流电是50HZ频率的正弦交流电。

正弦交流电波形图如下:

谐波的产生和谐波的危害及抑制和消除谐波的方法

当正弦交流电里参杂了频率更高的杂波,把这个叫做谐波。

参杂了谐波的图形如下:

谐波的产生和谐波的危害及抑制和消除谐波的方法

上图中,红色为我们正常的正弦交流电波形图,其中绿色和蓝色是谐波的波形图。

谐波的产生

谐波主要是由非线性负载产生,例如:UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。

当三相交流电的电流波形为正弦波时,它们相差120°,并且幅度相同,在零线上矢量叠加的结果是总和为零。但是如果相线上的电流是脉冲状的,并且相差120°。那么他们在中线上叠加起来的脉冲却是相互错开的,所以无法抵消,和零线的电流却是叠加的。

由于现代电气设备大多数含有整流电路,因此即使三相负荷平衡,零线上也会有较大的电流。特别是三次谐波,它们在零线上叠加起来,甚至让零线电流上升到正常值的三倍。

零线电流过大的危害十分严重,主要是因为两个方面的原因,

零线的截面积并不比相线大,超过相线的电流必然会导致零线过热而烧断;

当零线断线以后,由于三相不完全平衡,那么会造成各相电压不一致,三相设备无法正常工作。用电少的一相电压会升高;而用电多的一相电压会降低。电压升高的一相上的单相设备会损坏;电压降低的一相上的单设备无法正常工作

零线截面积

为了防止零线电流过大而烧毁,所以国家对零线截面积大小是有标准规定的:

谐波的产生和谐波的危害及抑制和消除谐波的方法

从表格可以看出,

当火线截面积小于等于16平方时,地线截面积必须和火线一样大;

当火线截面积大于16平方、小于等于35平方时,地线必须用16平方;

当火线大于35平方、小于等于400平方时,地线截面积可采用火线的一半;

当火线大于400平方、小于等于800平方时,地线截面积可采用200平方;

当火线大于800平方,地线截面积可采用火线的四分之一。

如果你按照这个标准来选择零线,在实际照明线路应用中依然会出现零线容易烧断的情况。为什么呢?因为国家在这个标准下方注明有使用前提的。

谐波的产生和谐波的危害及抑制和消除谐波的方法

当相电流中三次谐波低于33%时,按照相线电流来选择零线截面积;当相电流中三次谐波≥33%时,按照中性线的电流来选择截面积。

谐波的危害

1 . 对于发电机和变压器而言,谐波的存在会增加定子绕组、定子铁心、转子绕组、转子铁芯的损耗,还会引起变压器铁芯发热,从而加速绝缘老化、降低电气设备的使用寿命。

2 . 当三相平衡时,由于有些谐波不对称,那么不能完全抵消。当线路中存在大量谐波时,它们因串联或并联构成谐振条件,形成谐波振荡,会让电压升高或者电流变大,严重影响电力系统的安全运行。

3 . 电网中因有谐波的存在,会影响测量仪表、计量装置的精确度;还会降低断路器的分断能力,可能会引起电弧重燃,发生短路,甚至爆炸事故。

抑制和消除谐波的方法

1 . 采用滤波器,这种方法不仅可以抑制谐波,还可以补偿无功功率。

2 . 采用零线电流阻断器。把它串联在零线中,可以有效的减少零线大部分谐波电流。